Chức năng của ti thể hay quá trình hô hấp của tế
bào
Loại hô hấp này được gọi là hô hấp ái khí tức là có
cần O2, gồm hai giai đoạn:
giai đọan phân ly glucose thực hiện trong bào tương
và giai đoạn oxy hóa pyruvat thực
hiện trong ti thể.
* Sự phân ly glucose:
Ở giai đoạn này, glucose 6 cacbon bị tách làm đôi
thành hai phân tử axit pyruvic
3 cacbon. Phản ứng nhờ các enzyme có trong bào
tương. Phản ứng tổng quát như sau:
C6H12O6 + 2ATP 2C3H4O3 + 4H + 2ADP + 2P +
4ATP
Glucose Axit pyruvic
Phân tử glucose đã dùng 2 phân tử ATP để cho hai
phân tử axit pyruvic, năng
lượng thu được là 4ATP trả lại 2ATP đã dùng còn lại
2ATP.
* Chu trình Krebs:
Các phân tử pyruvat đi vào ti thể đồng thời với các
axit béo, chúng đi vào chu
trình Kreb trong lòng ti thể.
Pyruvat và axit béo được oxy hóa thành acetyl CoA (
một hợp chất 2C) nhờ
enzyme pyruvat dehydrogenase.
Nhóm acetyl CoA 2 cacbon này sau đó đi vào chu
trình axit citric nhờ các
enzyme của chu trình này để tiếp tục giáng cấp xuống
C1 và tạo ra một lượng lớn các
NADH (và FADH2).
(Ở đây chúng ta thấy ngoài pyruvat ra còn có axit
béo. Một mình pyruvat cũng
tạo ra được acetyl CoA nhưng khi chúng ta đói thì
phần lớn acetyl CoA là do axit béo
dự trữ trong cơ thể cung cấp. Thường thì cả hai quá
trình này vẫn cùng xảy ra với tỉ lệ
bên ít bên nhiều tùy theo lượng glucose đưa vào cơ
thể. Điều cần chú ý là trong tế bào
động vật khi đường đã chuyển hóa thành axit béo thì
không thể chuyển lại được).
Chu trình axit citric còn gọi là chu trình axit
tricacboxylic hay là chu trình
Krebs. Chu trình này oxy hóa nhóm acetyl trên acetyl
CoA để tạo nên NADH và
FADH2 và sản phẩm cuối cùng chứa 1 cacbon là
CO2.
NADH và FADH2 cung cấp các điện tử của chúng
cho chuỗi hô hấp trên màng
ti thể trong và cuối chuỗi các điện tử được dùng để
khử O2 thành H2O.
Các phản ứng tóm tắt như sau :
CH3COOH + 2H2O + 3NAD+ + FAD 2CO2 +
3NADH + FADH2
(dạng acetyl CoA)
Phản ứng này cũng sinh năng lượng và tạo nên 1
ATP nhờ phản ứng phosphoryl
hóa kiểu như trong phân ly glucose. Phần lớn năng
lượng vẫn còn nằm trong các điện tử
mang bởi NADH và FADH2.
* Chuỗi hô hấp :
Chuỗi hô hấp chứa các phức hợp enzyme lớn nằm
trên màng trong của ti thể, 3
nhóm chính là:
- NADH dehydrogenase tiếp nhận e- từ NADH,
chuyền e- cho ubiquinon.
Ubiquinon chuyền tiếp cho:
- Phức hợp b-c1, phức hợp này lại chuyền cho
Cytocrom c ( 1 protein màng
ngoại vi), Cytocrom c chuyền tiếp cho:
- Phức hợp Cytocrom oxydase và cuối cùng chuyền
từng e- một cho từng phân
tử O2 để tạo nên hai phân tử nước.
Viết gọn lại ta có :
NADH NADHdehydrogenase Ubiquinon Phức hợp
bc1
Cytocrom c Phức hợp Cytocrom oxydase O2
Đấy là quá trình nhận và chuyển điện tử theo một
hướng nhất định, quá trình này
diễn ra đồng thời với sự đẩy các proton (H+) ra khỏi
lòng ti thể. Gradien proton điện hóa
học ( hiệu thế do chênh lệch nồng độ H+), mà chuỗi
hô hấp đã tạo nên được sử dụng để
thành lập các ATP nhờ phức hợp protein xuyên màng
ATP synthetase. Công thức tóm
tắt như sau :
2C3H4O3 + 6H2O 6 CO2 + 20H
Axit pyruvic 4H + 20H = 24H; 24H + O2 + O2 + ...
+ O2 12H2O
Năng lưọng được giải phóng khỏi pyruvat trong ti thể
tương đương với 36 ATP.
Cộng với 2ATP do phân ly glucose được tất cả là
38ATP. Đó là số ATP tổng cộng do
oxy hóa một phân tử glucose trong tế bào. Biết rằng
khi hình thành một phân tử ATP
cần 8 Kcal. Vậy cứ 38 ATP tức 8 Kcal x 38 = 304
Kcal.
Khi một phân tử glucose cháy tự do, nó cho 688.000
cal tức 688 Kcal. Vậy
năng suất sinh học của một phân tử glucose là :
304
= 44%
688
Trong thực tế còn bị tiêu hao dưới dạng nhiệt và chỉ
còn dưới 10%.
Quá trình tổng hợp ATP từ ADP xảy ra trong ti thể
gọi là sự phosphoryl hóa oxy
hóa. Sự tổng hợp tỉ lệ với sự tiêu thụ oxy trong tế
bào. Thiếu Oxy thì sự tổng hợp ATP
giảm.
Ở vi khuẩn ái khí không có ti thể. Các phức hợp phân
tử thực hiện sự hô hấp của
tế bào nằm trong màng vi khuẩn.
